Datorstött lärande på gymnasieskolan inom ...207216/FULLTEXT01.pdf · micro (what can be seen...
Transcript of Datorstött lärande på gymnasieskolan inom ...207216/FULLTEXT01.pdf · micro (what can be seen...
Institutionen för teknik och design, TD
Datorstött lärande på gymnasieskolan inom naturvetenskapliga ämnen med speciell betoning
på kemididaktiken.
Computer aided learning at upper secondary school level in the discipline of natural science with special emphasis on
chemistry didactics.
Växjö 15/6 2006 Examensarbete nr: TD 071/2006
Bjarni Bjarnason Avdelningen för kemi
2
Organisation/ Organization Författare/Author(s) Bjarni Bjarnason VÄXJÖ UNIVERSITET Institutionen för teknik och design Växjö University School of Technology and Design Dokumenttyp/Type of document Handledare/tutor Examinator/examiner Examensarbete/ Diplomawork Charlotte Parsland Håkan Annehed Titel och undertitel/Title and subtitle Datorstött lärande på gymnasieskolan inom naturvetenskapliga ämnen med speciell betoning på kemididaktiken. Computer aided learning at upper secondary school level in the discipline of natural science with special emphasis on chemistry didactics. Sammanfattning (på svenska) Elever upplever allt som oftast svårigheter med den naturvetenskapliga undervisningen som ofta upplevs som abstrakt och overklig. De förklaringsmodeller som har beskrivits kring detta är att eleverna har svårigheter med att växla mellan makro (det man ser med ögat) och mikro (molekylär värld). I flera publikationer har man kunnat visa att för att nå en bred publik bör man aktivera så många sinnen som möjligt vilket är det som jag tar fasta på i detta arbete. Datormedierad multimedia framställning i undervisningen har, i publikationer, visat sig kunna kan skapa en bättre förståelse hos elever i kemi. Framförallt är det datorgenererad media framställning som simultant kan presenterar kemiska förlopp med olika representationer som har visat sig ge bra resultat. I denna studie har man kunnat visa att elever är mycket positiva till denna typ av framställning där man kan utföra experiment och se animeringar. De menar också själva att detta underlättar förståelsen av den molekylära världen. Genom att studera fall och kontroll kunde man även i denna studie visa på vissa skillnader i elevers kunskaper. De elever som fick möjlighet att studera animeringar och göra virtuella laborationer hade något bättre resultat än de som inte fick denna möjlighet. Nyckelord: Kemi, animering, simulering, grafik, dator, virtuell laboration, undervisning. Abstract (in English) Students frequently experience difficulty in natural science education because they feel that it is abstract and unreal. The models used to explain this phenomenon is that students tend to have problems varying between micro (what can be seen with the eye) and macro (molecule level). I several publications it has been shown that to reach a broad spectrum of students (that use different learning strategies) one should activate as many senses as possible. This is the main goal of this work. Computer mediated media (graphics, sound, animation, simulation etc.), in education, has shown to improve the understanding of students in chemistry. Above all, computer mediated presentations that simultaneously present chemical processes with different representation have given good results. In this study it has been shown that students are greatly interested in this type of presentations where they can make experiments and look at animations. They themselves say that this makes chemistry easier to understand. By studying case and control, this study further shows that students that have had the possibility to study animations and make virtual laborations also scored higher in the examination that those students that where not given the possibility. Key Words: Chemistry, animation, simulation, graphics, computer, virtual laboration, education. Utgivningsår/Year of issue Språk/Language Antal sidor/Number of pages 2006 Swedish 29 Internet/WWW http://www.vxu.se/td
3
Innehållsförteckning sida
1. Inledning. 5
2. Syfte & frågeställningar. 7
3. Terminologi. 8
4. Teoretisk bakgrund. 9
4.1. Begreppsförståelse är det största hindret inom
naturvetenskaplig utbildning. 9
4.2. Hur minns vi egentligen? 10
4.3. Inlärningsstilar. 11
4.4. Datorstött lärande. 14
4.4.1. Visualisering. 14
5. Den empiriska studien. 17
5.1. Förutsättningar. 17
5.2. Del 1.: Kan visualisering med datorgrafik skapa ett ökat
intresse hos elever för kemin? 18
5.2.1. Metod, del 1. 18
5.2.2. Bohrs atommodell, resultat och diskussion. 19
5.2.3. Reaktionen mellan klor och natrium, resultat
och diskussion. 20
5.2.4. Sammanfattning av del 1. 21
5.3. Del 2.: Visualiseringens inverkan på inlärningsprocessen. 22
5.3.1. Metod, del 2. 22
5.2.1. Resultatet av simuleringsövningen. 24
4
sida
5.2.2. Analys av provresultatet. 25
6. Diskussion & slutsatser. 26
7. Referenser. 28
Bilagor
Bilaga 1-2. Provet.
Bilaga 3. Instruktioner för animering och virtuell laboration.
5
1. Inledning
Hur går lärande till egentligen? Ja, om detta finns de mycket skrivet genom tiderna där
man genom bl.a. behaviorismen, kognitivismen, konstruktivismen och nu senast
socialkonstruktivism har försökt modellera elevers sätt att ta till sig kunskaper. Vilken
teori är då den rätta? I vår strävan efter mer demokratisk syn på skolan med ökat
elevinflytande (Lpf 94) som krav så kan man nog säga att behaviorismen har fått stryka
på foten jämfört med de andra teorierna. Man säger ju i Lpf 94 att ”skolan inte själv kan
förmedla alla de kunskaper som eleven kommer att behöva”, och att ”skolan ska ta till
vara de kunskaper och erfarenheter som …… eleven har”. Man tänker sig ju här att
eleven ska vara aktiv när det gäller att processa fram ny kunskap, dessutom ska eleven
också medverka vid framtagning av kursplaner på skolan vilket kan betraktas som
konstruktivistisk syn på lärande. Man kan däremot inte säga att behaviorismen i alla
lägen är sämre utan kanske att olika elever har olika lärstil, erfarenheter och kunskaper
och tar därför till sig kunskap olika. Därför bör man noga överväga att aktivt tillämpa alla
de synsätt som dessa teorier representerar för att kunna kommunicera på ett sätt så att så
många elever som möjligt kan tillgodogöra sig kunskapen. I miljöer där eleverna har
begränsade ämneskunskaper och därför begränsade möjligheter för aktivt skapa egen
kunskap eller processa ny kunskap kan t.ex. behaviorismen vara ett arbetssätt för att nå
fram till vissa elever inom olika kunskapsområden.
Hur man än gör, som lärare, så riskerar man nog att prioritera de elever som är mottagliga
för just det sätt som informationen presenteras på eller hur den tänkta kunskapen
förmedlas. För att komma förbi problemet och nå så många elever som möjligt med våra
pedagogiska insatser bör man, enligt min mening, därför ta till vara på den forskning som
säger att desto flera sinnen man aktiverar desto bättre blir inlärningen (Sterner och
Lundberg, 2002). Just detta är också målet med detta arbete, d.v.s. att se om kunskaper
som förmedlas genom ett brett spektrum av ”kanaler” når en bredare elevgrupp än vad
som annars låter sig göras.
6
Vilka fördelar har vi då av att aktivera så många sinnen som möjligt? Som jag var inne på
tidigare riskerar vi att gynna en utvald grupp elever om vi endast förhåller oss till en
enformig presentation av information. Speciellt med tanke på att 20- 30 % av våra elever
har någon form av läs och skrivsvårigheter kan man inte bara förvänta sig att alla hänger
med när information presenteras i skriftlig form, t.ex. att alla ska vara lika duktiga på att
skriva av det som står på tavlan. Inte alla kan heller lyssna på läraren samtidigt som de
förväntas notera det som han/hon säger eller skriver på tavlan. Också enbart grafisk
presentation kan vara problematisk för elever med perceptionsstörningar där de då inte
uppfattar informationen på samma sätt som andra kanske gör. Vad jag också vill lyfta
fram i detta sammanhang är den nya dimensionen som datorer erbjuder a genom
visualisering och animering och på så vis försöka komma förbi många av elevernas
upplevda hinder inom traditionell lärarundervisnings form. Att genom dessa verktyg sätta
informationen i sitt sammanhang och på så vis förkorta elevens tankeprocess genom att
de inte själva behöver omvandla information till minnesbilder. Vi kan ju också konstatera
att människan har i väsenligt längre tid erfarenhet av förmågan att tänka i bilder än av att
tänka i ord (Larsson, 2002). En annan fördel med visualisering och animering är att
skolorna är kraftigt teoretiska och därför kan inte eleverna se och praktiskt uppleva
naturvetenskapen i önskad utsträckning. Eleverna är därför beroende av läroböcker och
annan litteratur för att se sammanhang och strukturer som är någonting annat än att
uppleva naturvetenskapen på egen hand. Här kan vi då också använda oss av datorer i
undervisningen där eleverna kan utföra experiment göra simuleringar eller kanske se en
illustrativ film om ett kemiskt experiment utan att själva utföra dessa moment på annat
sätt än i datorn (Lärkraft). Fördelarna här är att eleven upplever att den har utfört ett
experiment eftersom den har varit med om de olika moment som behövs för utförandet.
Datorer kan därför bli till ett substitut för skolornas handikapp på framförallt det
experimentella området och på så vis göra det möjligt för eleverna att se, höra och
uppleva mer av den värld som beskrivs i läroböcker. Här är det däremot inte frågan om
att ersätta laborationer med virtuella experiment utan snarare att se den virtuella
möjligheten som ett viktigt komplement där elever kan befästa sina kunskaper på olika
områden. Vi kan inte bortse ifrån det faktum att mycket av den kunskap som redan finns
har varit grundad på vetenskapsmännens förmåga att visualisera sig bland atomer och
7
orbitaler mm. Som exempel kan nämnas McClintocks förmåga att visualisera sig själv
bland kromosomerna och på det viset upptäcka nya sanningar (Liedeman, 2004).
Upptäckten av DNA har också starka rötter inom det visuella (skisser och bilder) som låg
till grund för att skapa förståelse och därmed kunskap (Liedeman, 2004). Inom organisk
kemi förutsätter man ju att eleverna kan visualiser molekyler för att förutspå hur
molekyler reagerar med var andra med hänsyn till de steriska hinder som finns etc. Inom
naturvetenskapen finns därför otaliga andra exempel på vikten av visualisering för
förståelse.
En annan aspekt på visualisering och datorstött lärande (eller e-learning) är att läroplanen
kräver att eleverna utvecklar inte bara faktakunskaper och förståelse utan också färdighet
och förtrogenhet som ofta blir lidande om eleverna inte kan uppleva de miljöer där ny
kunskap uppstår. Framförallt måste man erkänna att färdighet och förtrogenhet knappast
kommer genom att man läser om saker i en bok varefter man tar ett prov. Snarare skapas
dessa kvaliteter genom upprepade försök och experimenterande på ett sätt som skolorna
har svårt att åstadkomma eftersom laborativa övningar och studiebesök är tidskrävande
och ekonomiskt kostbara i förhållande till datorernas möjligheter att föra verkligheten in i
skolorna i form av animeringar och visualiseringar. Man skulle därför kunna hävda att
datorstött lärande är den enda rimliga vägen för eleverna för att utveckla färdighet och
förtrogenhet inom de naturvetenskapliga ämnena.
För studiens del vill jag ta reda på vilket sätt information ska presenteras för nå så bred
publik som möjligt. Här är det då inte bara att presentera information muntligt utan också
grafiskt, animeringar, texter och ljud allt för att aktivera så många sinnen som möjligt.
2. Syfte & frågeställningar
Eftersom elever kan anses vara mer eller mindre anpassade till en, eller möjligtvis några
inlärningsstilar räcker det inte med en enformig undervisning. Här behöver läraren se till
att så många sinnen som möjligt aktiveras för att informationen kan bli till kunskaper som
eleven har. Inom de naturvetenskapliga ämnena i allmänhet och kemin i synnerhet har det
visat sig att vetenskapliga framsteg har mycket att tacka vetenskapsmän för som har
8
kunnat visualisera sin forskning och därmed omvandlat observationer till verklig
kunskap. Med denna undersökning vill jag ta reda på vilket sätt framförallt visualisering
och animering kan komplettera andra undervisningsformer för elever på gymnasienivå
inom kemin. De frågor som behövs utredas är:
- På vilket sätt ska informationen presenteras för att den ska leda till fördelar för så
många olika elever som möjligt?
- Vad anser eleverna själva om animeringar och simuleringar?
- På vilket sätt kan datorer vara en hjälpreda föra att skapa bättre färdighet och
förtrogenhet inom kemin.
- På vilket sätt kan datorer användas för att utgöra faktorer för bättre förståelse av
kemin?
3. Terminologi:
Multimedia framställning: Visualisering, bilder, PowerPoint presentation, video,
animering, mm.
Virtuellt experiment: Handlar om att interaktivt utföra ett experiment med datorn som
redskap. Som exempel; titrering av syror och baser där eleven kan själv bestämma vilken
syra, vilken bas, koncentrationer, indikatorer, volymer, titreringshastighet mm. Datorn
plottar sedan upp resultatet vid slutpunkten. Sedan kan eleven göra om titreringen med en
annan syra eller bas och dra slutsatser av de resultat som presenteras.
Simulering: Att representera ett system med ett annat i avsikt att studera dess dynamiska
uppförande eller för att under laboratorieförhållanden träna behärskandet av systemet
(NE, 2006). Här kan det därför vara fråga om att simulera kemiska processer eller
reaktioner utifrån den bakomliggande modell som man tänker påverkar utfallet.
Animeringar: Är rörliga bilder baserade på datorgrafik som är här ämnade för att visa det
ögat inte kan se t.ex. reaktion mellan två molekyler, atomer etc.
9
Visualisering: Är någon form av bild, animering, video mm. som visuellt förmedlar
information till eleven.
4. Teoretisk bakgrund
Datorstött lärande så som det presenteras här syftar inte på distansutbildning över Internet
utan just att använda datorn som arbetsredskap på skolan. Huvudtemat för detta arbete är
just visualiseringens möjligheter i kemiutbildningen.
4.1. Begreppsförståelse är det största hindret inom naturvetenskaplig utbildning.
Många studenter upplever svårigheter vid inlärning av symboler och
molekylrepresentationer i kemi. Wu (2001) och Ardac (2004) har påpekat att elever i stor
utsträckning använder symboliska representationer utan att förstå dessa i en kamp att nå
upp till kraven att de ska kunna förklara makroskopiska händelser (det vi ser) på
mikroskopisk nivå (reaktioner mellan molekyler). Studier visar också att elever tenderar
att hålla sig till algoritmer för att få fram ett ”korrekt svar” snarare än att lösa problemet
med vetenskapliga koncept (Dori, 2003). Men problemet är inte endast bundet till
kemiutbildningen utan är ett generellt problem inom naturvetenskaplig utbildning (Dori,
2003). Studier visar att det som verkar vara knepigt för eleverna är de vill lita på sina
sinnen för att förstå mikroskopiska processer och därför en ”osynlig” värld (Wu, 2001).
De kemiska och fysikaliska processer som opererar i den makroskopiska världen är inte
alltid tillämpbara på de mikroskopiska processer som vi försöker beskriva. Denna
mikroskopiska värld ter sig därför för eleverna vara abstrakt när den inte kan kopplas till
den värld som kan upplevas med våra sinnen. Som exempel kan vi ta de krafter som
verkar för att hålla ihop kärnan (starka kärnkraften). Kärnan består ju av positivt laddade
protoner (och neutroner) som i vår upplevda värld skulle betyda att protonerna skulle sky
varandra och därmed skulle kärnan ”upplösas” men på atomär nivå hålls den ihop. Eller
varför är elektrontillstånden är på bestämda nivåer och olika för varje atomslag? Inom
fysiken finns också vad som kan uppfattas som abstrakta egenskaper hos föremål t.ex.
omvandlingen mellan materia och energi, varför tiden är relativ etc.
10
Här kommer man osökt in på vardagsföreställningar kontra vetenskaplig föreställning och
elevperspektivet som har beskrivits i flertal artiklar (Andersson, 2001). Det har visat sig
att elever använder sig av vardagsföreställningar om naturvetenskapliga fenomen och att
dessa skiljer sig från de vetenskapliga. Exempel på sådana vardagsföreställningar är att
när man eldar upp ved försvinner materia, bara lite aska blir kvar, eller att seende beror
på att ögat sänder ut synstrålar. Sådana föreställningar förklarar fenomen men saknar
generalitet och systematisering. Dessa vardagsföreställningar är viktiga för vetenskapen
eftersom det är just vardagsföreställningarna som leder, genom systematiserad analys, till
den naturvetenskapliga förklaringen. Svårigheten på skolorna är då att få eleverna att röra
sig mellan vardagligt och vetenskapligt plan eftersom elever tenderar att hålla fast vid de
vardagliga förklaringarna även efter undervisning.
De pedagogiska teorier som för närvarande är härskande är i mycket influerade av Piaget
och Vygotsky (Andersson, 2001) och handlar om en konstruktivistisk syn på lärande. Här
menar man att för att kunna tillgodogöra sig naturvetenskapliga begrepp och teorier så
måste man vara tillsammans med människor som använder dessa då de berättar, förklarar,
löser problem mm. Mycket av dessa tankar präglar också den nuvarande synen på lärande
vilket också tar sig uttryck i läroplaner mm.
4.2. Hur minns vi egentligen?
Enligt Klaus (1999) Kan man dela upp hur vi minns i fyra delar.
- Personliga minnen, kopplade till känslor och personliga upplevelser.
- Allmän kunskap, kopplad till förhållandevis opersonliga saker.
- Automatisk process, eller inlärda handlingsmönster
- Sinnesassociationer eller sinnesintryck som är kopplade till viss lukt, ljus, mm.
Alla dessa minnesprocesser utvecklas hela tiden och ny information lagras ständigt i
minnet. Här menas att den första förutsättningen för att vi skall kunna lagra information i
våra hjärnor är att vi reagerar på intryck via våra sinnen, dvs att vi blir uppmärksamma på
ett nytt intryck. Nya intryck fastnar bättre än gamla och desto kraftigare sinnesintrycket
är desto bättre blir minnet. Detta kan jämföras med att försöka lära sig någonting man
11
inte är intresserad av och därmed inte skapar något större sinnesintryck. Ytterligare så
förefaller det som att informationen måste ses i sitt sammanhang för att fastna, vi behöver
alltså tid för reflektion och analys av informationen för att den ska bli till en varaktig
kunskap.
Inlärningsprocessen är alltså starkt kopplad till minnet som behöver en sinnesaktivering
för att operera. Klart är därför att om vi upplever något som intressant, roligt spännande
etc. så har vi på köpet en inre motivation som leder till en ökad koncentration vilket i sin
tur leder till bättre lagring av informationen.
För denna del så räcker det alltså med att visualiseringsprincipen orsakar ökat intresse,
överraskningsmoment eller att det bara stimulerar flera sinnen för att inlärningsprocessen
ska underlättas.
4.3. Inlärningsstilar
Inlärningsstilar handlar först och främst om hur en individ koncentrerar sig, processar och
bearbetar nytt och svårt material (Dunn, 1992) och innefattar fokus på varje individs
styrkor istället för att sätta svagheter i fokus. Här har man isolerat fyra grundläggande
lärandestilar:
• Visuell - bilder, ord - ta in information via läsning eller bilder.
Mindmaps/tankekartor är metoder som bygger på det visuella.
• Auditiv - lyssna, tala - hörseln dominerar, man kommer lättare ihåg det
man hört. Större behov av att prata om det man tagit in för att bearbeta
informationen.
• Taktil - vill känna på/röra med fingrarna, pilla, peta.
• Kinestetisk - vill göra med/röra på kroppen. Inre - känslor. Yttre -
rörelser. Handling, rörelse, känsel och den egna kroppen är viktiga för
lärandet. Agera, göra saker i samband med inhämtandet och bearbetandet
av kunskap. Hantverksyrken och idrottande är aktiviteter där denna form
av lärande kommer till användning
12
Andra faktorer som man har intresserat sig av för inlärningen är: miljö, emotionella-,
sociala-, fysiska och psykologfiska faktorer.
Helt klart av denna sammanställning är att olika elever lär sig olika och av denna
anledning måste man ta hänsyn till varje elevs lärandestil. Vad betyder då detta för vårt
ändamål inom datorstött lärande och visualisering?
Visuella människor gillar att läsa om ämnet för att lära sig, de minns lätt och tänker gärna
i bilder. Mycket av det som presenteras inom naturvetenskapen och i synnerhet kemi går
att visualisera och behöver visualiseras för att få förståelse som tidigare nämnts.
Auditiva människor har lätt för att lyssna och lära. De kommer lätt ihåg vad människor
sagt till dem. De lyssnar gärna på radio/musik och studerar gärna tillsammans. Deras
lärande underlättas av att de diskuterar med andra och ställer frågor eller lyssnar på när
någon förklarar. För vårt ändamål så behöver dessa elever inte komma i kläm eftersom
datorinteraktivitet i grupper får elever att prata med varandra och diskutera det som
händer.
Taktila människor tycker om att arbeta med händerna, att skapa något, arbeta med
maskiner och ha fingrarna sysselsatta medan de lyssnar. Taktila elever kommer då till sitt
rätta element vid laborationer och sådana finns ju som moment i kemin och de andra
naturvetenskapliga ämnena men kan komma till korta vid ”vanliga” lektioner. Denna
grupp elever passar utmärkt för interaktivitet såsom simulering eller virtuella experiment.
Frågan är här snarare hur man lägger upp en lektion för att tillmötesgå deras behov vid
teorigenomgångar mm.
Kinestetiska människor tycker om att pröva det de ska lära sig själva och tänker bra när
de rör på sig, gilla att experimentera och bygga saker. En kinestetisk person vill göra
saker. De som framförallt är kinetiskt lagda och därmed har svårt att sitta still och plugga
behöver därmed extra uppmärksamhet. Kan vi t.ex. laborera på lektionerna och lära oss
den vägen genom att ”ta på” saker utan att vi verkligen gör det genom någon virtuell
13
verklighet såsom virtuellt experiment, simulering eller animering? Räcker det för att
tillgodose deras behov? Här finns det därför mycket att upptäcka och detta examensarbete
kan endast börja nysta i frågan.
Sedan är det naturligtvis så att var och en av oss inte har bara en sinnesmodalitet som
dominerar (Dunn, 1992). De flesta av oss kan lära oss genom alla dessa sinnen men vi
föredrar kanske en eller två av dessa kanaler. Lär vi oss på ett sätt så utvecklas ett bestämt
elektrokemiskt spår i hjärnan. När vi aktiverar flera sinnen så utvecklas större del av
hjärnan och vilket bidrar till att integrera hjärnans olika nervceller. I et pedagogiskt
perspektiv är det därför viktigt att kunna föra en undervisningsform som aktiverar så
många sinnen som möjligt, först och främst för att nå så många som möjligt med
budskapet. Med detta i bagaget är det märkligt att det över hela världen så ges
undervisning med metoder som förutsätter att vi alla lär oss på samma sätt (Boström,
1998).
I frågan om datorstött lärande och inlärningsstilar så är det uppenbart att olika elever har
olika behov när det kommer till datorer, och frågan blir då hur datorer ska användas så att
det pedagogiska innehållet bäst kommer till rätta? Fördelen med datorer är att det går att
individanpassa till olika lärandestilar och kunskapsnivå genom att simultant kombinera
text, ljud och bild på olika sätt (Lärkraft, 2002). Här är man därför inte beroende av en
presentationsteknik såsom ofta sker i skolsammanhang utan varje individ har möjlighet
att ta till sig information på sitt eget unika sätt.
Gordon Pask (Lärkraft, 2002) har identifierat olika typer av elever med olika lärarstil; de
som ville skapa sig ett helhetsintryck tidigt och se samband mellan olika delområden
(holister), de som undersöker ett delområde i taget (serialister) och de som kunde
växelverka mellan holistisk och serial stil (mångsidiga). Han kom fram till att renodlade
holister och serialister hade luckor i sin förståelse där de antingen förlorade detaljer eller
helhetsbild. I arbeten som byggde vidare på Pasks idéer kom man senare fram till att
holistiska personer (till skillnad från serialister) föredrog overheadbilder, diabilder, video
och bandinspelningar framför tryckt material.
14
4.4. Datorstött lärande
Sedan datorn har kommit till skolan har den framförallt använts för informationssökning,
ordbehandling och kommunikation. Datorn som pedagogiskt hjälpmedel utnyttjas
däremot endast ytterst sporadiskt (Larsson, 2002) och det är framförallt svagpresterande
elever som har använt pedagogiska program för att träna skrivförmåga och förbättra sin
lästeknik. De pedagogiska programmens nackdelar är att man upplever att
kommunikationen blir enkelriktad mellan elev och dator vilket innebär ensamarbete.
Eleverna stimuleras därmed inte av sina kamrater och lärare som de borde. Andra former
av datorstött lärande kan vara datorspel, distansarbete såsom Internetbaserade
utbildningar (Nick, 2003) eller så kan skolorna välja att lägga ut uppgifter på servern som
sedan plockas fram och arbetas med av elever i mån av intresse, så som sker på
Kunskapsskolorna.
Vi har därmed knappt börja nysta i datorns möjligheter som pedagogiskt verktyg inom
det visuella området och som ett verktyg för att framställa samma information på ett mer
konkretiserat sätt genom animeringar, interaktivt samlärande mm.
4.4.1. Visualisering
Vi märker allt mer att med datorns framfart så har i allt ökande utsträckning framförallt
pojkar, men även flickor, suttit framför datorerna och njutit av tredimensionella världar
där de befinner sig och kan röra sig i (Gustafsson, 2005). Skolorna ser det som ett
problem att deras elever laddar ner spel på skoldatorerna vilket tar tid från det viktiga
lärandet. Men vi kan inte komma ifrån att det finns oerhört många fler elever som finner
ett intresse för datorn och dess visuella kapacitet jämfört med traditionella böcker där
läsaren själv får visualisera innehållet med egen fantasi. De som vanligtvis inte läser
böcker finner ofta ett intresse i datorspelens häftiga grafikplattform som blir mer och mer
raffinerad med åren. Även de som vanligtvis läser böcker tycker att datorspel är rolig
avkoppling. Om det är så här världen ser ut och att datorgenererade multimedia
framställning når ett brett spektrum elever med olika lärarstilar (Jonas, 2005) hur kommer
det sig då att så lite av datorns kapacitet används i undervisningssyfte? När dessutom
15
över 70 % av eleverna anser att IT ger studiemotivation och underlättar inlärningen (IT
och Internet i skolan, 2003) borde det vara en självklarhet med datorstödd undervisning
på skolan. Det är därför inte frågan om datorer och datorgrafik ska användas i
kemiundervisningen utan snarare på vilken basis detta ska ske.
Flera studier har också gjorts som visar på datorns möjligheter som
undervisningsinstrument i kemi. Kozma och Russell (1997) har gjort en intressant studie
där de undersökte hur elever uppfattade olika representationer (video, graf, animeringar
och ekvationer) av kemiska fenomen. Här visade det sig att studenter hade svårt med att
översätta en representation till en annan. Dvs. att se en animering och koppla denna till
ekvationer, video eller en graf av samma process. Däremot visade det sig att elever
använde sig av yt-fenomen (ändring i färg) eller symboliska uttryck (färgade bollar i
animering mm.) snarare än det bakomliggande kemiska konceptet för att öka sin
förståelse av kemin. De slutsatser som dras av studien är att man som lärare bör använda
symboliska uttryck i kemi för att underlätta för eleverna. Men dessa måste göras explicit
för en bestämd kemisk reaktion/process (som är grundligt förklarad) för annars riskerar
uttrycken endast bli till siffror, bokstäver och linjer i eleverna ögon. Det är just här
datorerna kan komma in enligt författarna där datorgenererade symbol system explicit
kan förklara en viss kemisk process eller ett koncept som annars inte så enkelt låter sig
göras. Denna studie har då visat att olika presentationer av samma fenomen, presenterade
vid olika tidpunkter, inte nödvändigtvis ger en fördjupad förståelse av kemiska fenomen
för den enskilde eleven, då eleven inte utan vidare kan koppla ihop de olika
presentationerna av samma sak. Frågan är då om program som simultant presenterar
samma fenomen på olika sätt skapar en fördjupad förståelse?
I en studie av Wu, Joseph och Soloway (2000) görs just en analys av ett
visualiseringsprogram (eChem) som syftar till att ge elever simultant olika
representationer (formel, struktur, symboler etc. som representerar atomer och molekyler)
av samma fenomen. Resultatet av denna studie visade att elevernas förståelse av olika
kemiska representationer ökande markant och att förmågan att överföra kunskaper från
en representation till en annan ökande. Dessutom kunde eleverna använda
representationer för konstruktion av modeller. En viktig slutsats av studien var också att
16
programmet underlättade för eleverna att skapa mentala bilder av vad som händer i
processen. Detta är av stor vikt då elever vanligtvis inte förstår sig på kemiska
representationer utan stannar på sensornivån (det man kan se höra etc.) och inte kan
visualisera kemiska representationer och symboler. Flera andra studier pekar på samma
håll. Det finns bl a en studie av Ardac (2004) där man visar att multimediabaserad
simultan representation av makroskopiska, molekylära och symboliska processer markant
ökade elevernas förståelse. Däremot kunde man inte urskilja vilka delar av
framställningen som var av störst betydelse.
Det finns annars ett otal möjligheter för hur datorer kan användas i undervisningen.
Datorprogram som ChemLogo (Stieff, 2002) som visualiserar begrepp och processer
kring kemisk jämvikt har visat sig underlätta förståelsen av kemisk jämvikt. Här kan
elever lägga fram sina hypoteser och testa dessa i en virtuell verklighet. De preliminära
slutsatser som gjordes när programmet testades på studenter var att programmet ledde till
en bättre förståelse av vad kemisk jämvikt är och underlättade för studenter att kunna dra
egna slutsatser i frågor om kemisk jämvikt. Datorstött lärande genom program av typen
ChemDiscovery (Agapova, 2002) där elever får information i strukturerad form är en
annan möjlighet. Här börjar då eleven strukturera atomer, molekyler, reaktioner för att gå
vidare och sätta kemin i sitt sammanhang genom konstruktion av t.ex. ett
vattenreningsverk. Den effekt som uppnåddes med detta verktyg var att lärarna upplevde
att eleverna, totalt sett, arbetade bättre individuellt med sitt lärande. Vissa elever var
däremot ointresserade och var därmed i större behov av lärarens hjälp.
Övriga fördelar med virtuella experiment eller simuleringar är att man bl.a. kan
”använda” sig av avancerad utrustning och utföra komplicerade experiment utan att det
ska kosta skjortan (Tlaczala, 2005). Dessutom kan man utföra farliga experiment utan att
riskera livet och hälsan samt genomföra många experiment på kort tid (Jones, 1999). En
annan viktig fördel är också att på detta vis förbereda eleverna för den ”nya”
informationsteknologin.
17
5. Den empiriska studien.
I teoridelen som denna studie tar upp har det visats att elever har problem i den
naturvetenskapliga undervisningen genom att de framförallt har svårigheter med
innebörden i vetenskapliga begrepp, att växla perspektiv mellan mikro och makro samt
mellan vardagsföreställningar och vetenskapliga föreställningar. Elever har också i
allmänhet olika sätt att ta till sig kunskap genom att de har utvecklat olika lärarstil vilket i
sin tur kräver en mer individanpassad undervisningsform för att nå fram till eleverna.
Med utgångspunkt från tidigare publicerade resultat som har presenteras ovan så finns det
en del intressanta aspekter där framförallt två av dessa har fångat mitt intresse. En av
dessa är att det verkar förhålla sig så att om man lyckas generera intresse för någonting så
förbättras i allmänhet lärandet (minnet förbättras) i det att det skapas ett större
sinnesintryck. En annan aspekt på teorin är denna att det har visat sig att simultan
representation av vetenskapliga fenomen skapar bättre inlärning. Utifrån dessa aspekter
har jag formulerat några frågor (se 2. Syfte & Frågeställningar) som denna studie söker
svar på.
5.1. Förutsättningar.
Under tiden för denna studie arbetade jag på Helsingborgs Ridgymnasium som är
godkänd som fristående gymnasieskola gällande ett program som motsvarar
naturbruksprogrammet. Skolan har även en NV profil för de elever som vill ha möjlighet
att söka sig vidare till vilken NV inriktad högre utbildning de önskar. Skolan har
naturligtvis en mycket framtonad ridsportsinriktning som sätter en prägel på
undervisningen. Hela skolan består av tre klasser från åk 1-3 som uteslutande består av
ridintresserade tjejer. De klasser som ingick i studien var åk 1 och åk 2 under delar av
höst och vårterminen läsåret 2005-2006.
Denna studie har jag begränsat till de elever som just för tillfället finns på Helsingborgs
Ridgymnasium vid tiden för när detta arbete görs. Här måste man därför ta hänsyn till att
eleverna uteslutande är ridintresserade tjejer. En annan begränsning är att studien
involverar endast fåtalet (två klasser) elever vilket också innebär att studien är ganska
18
begränsad i sitt omfång. Det tillvägagångssätt jag använde här går ut på att i första hand
ta reda på om visualisering och animeringar är ett attraktivt sätt att fånga elevers intresse
för naturvetenskap. Vad jag stödjer mig här på är att se om dessa tekniker på ett relevant
sätt kan skapa ett bestående sinnesintryck hos eleverna med utgångspunkt i att elever har
olika lärarstilar? Denna del 1 av studien valde jag att göra på elever i åk 1 som läste kemi
A på Helsingborgs Ridgymnasium hösten 2005. Den andra delen, del 2, av studien
genomfördes på åk 2 elever i samma skola. Här fick eleverna ta del av virtuella
experiment och animeringar av kemiska förlopp och den fråga som jag söker svar på var
om detta ger eleverna bättre kunskaper i ämnet som kan mätas vid ett prov. Här var det då
frågan om ett fall och en kontrollgrupp som utgörs av samman klass som delades i två
labgrupper, grupp A (fall) och grupp B (kontroll).
5.2. Del 1.: Kan visualisering med datorgrafik skapa ett ökat intresse hos elever för
kemin?
Jag valde att arbeta med åk-1-elever i denna del. Att lägga båda studierna, del 1 och 2, på
en klass skulle enligt min bedömning ta för mycket tid från eleverna. Dessutom blev
studien lite bredare i och med att den i sin helhet behandlar både åk-1 och åk-2-elever.
Åk-1-elever arbetar dessutom i ett lugnare tempo med sin kurs i Kemi A som sträcker sig
över hela läsåret.
5.2.1. Metod, del 1.
De elever i åk1 som läser Kemi A gör detta under hela året så jag var tvungen att söka
efter relevant material på Internet som gick att koppla till de delar av Kemi A kursen som
eleverna kunde relatera till. Efter intensivt sökande beslöt jag mig för att använda mig av
en animering av Bohrs atommodell och en enkel video av reaktionen mellan klor och
natrium som en utgångspunkt för denna analys. De frågor jag söker svar på är:
- Skapar visualiseringar en positiv inställning till lärande i kemi?
- Vad anser eleverna att sådan teknik kan leda till när det kommer till nya
kunskaper inom kemin?
- På vilket sätt kan visualiserings tekniker underlätta lärandet?
19
Eleverna fick här tar del av en presentation (animering, video) varefter vi diskuterade
tillsammans, utifrån dessa frågor, det som visades och vad det hade resulterat i för
kunskaper, erfarenheter, … annat, hos eleverna. Här är det viktigt att problemet står i
fokus (Dannefjord, 1999) men det upplevs allt som ofta att elever tycker att kemin är
”svår” och många gånger ”abstrakt” och därför var det viktigt att diskutera hur
datorgenererad grafik och multimedia framställning kan avhjälpa eller i varje fall
underlätta för eleverna.
Tabell 1. Internet länkar till sidor som visar animeringar, simuleringar och bilder inom det
naturvetenskapliga området.
Denna metod för att testa visualiseringens möjligheter är naturligtvis ingen hård
vetenskap utan det som mäts här är mer av en karaktär av att skapa en bra upplevelse vid
lärandet. Den grundläggande idén med detta moment var alltså antagandet att en bra
upplevelse underlättar för elever att komma ihåg. Att detta är så har diskuteras tidigare i
kapitlet om hur vi minns.
5.2.2. Bohrs atommodell, resultat och diskussion.
Jag visade för eleverna en animering av Bohrs modell av väteatomen (figur 1). Som
bekant är väteatomen uppbyggd av en proton och en elektron. När det kommer en
infallande foton (av en bestämd energi) exciteras atomens elektron till en högre
energinivå där den är instabil och faller ned till ett stabilare elektronskal varvid den avger
en foton med en energi som motsvarar energiskillnaden mellan elektronskalen. Således
avger atomen lika mycket energi som den tog upp.
http://science.nhmccd.edu/biol/animatio.htm#micro
http://www.shsu.edu/~chm_tgc/sounds/sound.html
http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownload/index4.html
http://www.klte.hu/~lenteg/animate.html
http://www.martindalecenter.com/Calculators3B_1_AD.html
http://www.chm.davidson.edu/ChemistryApplets/#AtomicOrbitals
20
Animeringen togs emot med mycket positiva ordalag av alla elever. Årskurs 1 var
överens om att animeringar underlättar förståelsen av den teori som redan har diskuterats
på lektionerna. Eleverna menade dock att detta förutsätter att de redan hade kunskaper
om atomer och atommodeller före uppvisningen. Mycket verkade därför här handla om
att etablera nyvunna kunskaper snarare än att inhämta nya, och mitt intryck var att det
positiva var att eleverna fick hjälp, via animeringen, att skapa en mental bild av
processen. Vad som upplevdes som problematiskt handlade förs och främst om tekniken,
att bilden på skärmen inte var tillräckligt stor, upplösningen var i sämsta laget och att
vissa elever satt på för långt avstånd för att kunna se ordentligt.
5.2.3. Reaktionen mellan klor och natrium, resultat och diskussion.
Därefter visades en videofilm av reaktionen mellan natrium och klorgas (figur 2). Trots
att videon hade relativ dålig upplösning väckte den intresse hos eleverna. Talet på videon
var på engelska och vissa av eleverna fick problem med att hänga med i det som sades i
filmen, men överlag fungerade det bra med engelska som språk. Problemen med
uppfattning av ljudet var snarare kopplad till att ljudkvaliteten inte var den bästa eftersom
allt ljud kom från dators egna inbyggda högtalare. Dessutom verkade det som eleverna
inte förstod vad som hände rent kemiskt. Intresset var först och främst vid den ”häftiga”
reaktion som skedde mellan klorgas och natriummetallen. Även om vi redan hade gått
igenom reaktionen mellan natrium och klor vid ett tidigare tillfälle verkade det som att
Bilden saknas i den elektroniska utgåvan av upphovsrättsliga skäl
21
denna kunskap var bortblåst och eleverna hade därför svårt att relatera den till den
faktiska händelsen i videon. Här menade eleverna att de inte fick så mycket utbyte av
uppvisningen i termer av vunnen kunskap eller etablering av tidigare kunskaper.
5.2.4. Sammanfattning av del 1.
Sammanfattningsvis kan man säga att teori varvat med animering genererade ökad
förståelse för kemiska principer, i varje fall om man analyserar modellteorier och
förklarar dessa med animering av processen. Däremot kan man inte förvänta sig att elever
kopplar omedelbart ihop visuella intryck av en kemisk reaktion med det kemiska
uttrycket för reaktionen. I ljuset av den publicerade litteraturen kan man säga att dessa
undersökningar stödjer i viss mån tidigare publicerade resultat i och med att här
demonstreras att elever har svårt med att koppla ihop olika representationer av samma
sak (Kozma, 1997). I varje fall om det är frågan om att koppla ihop en kemisk
reaktionsformel med en videosekvens.
Det verkade också som om eleverna var generellt positiva datorgenererade animeringar
och video i kemiundervisningen. Detta ansågs vara som ett avbrott i den mer eller mindre
traditionella undervisningsformen. Vilket i sig är positivt för ämnet i sin helhet.
Bilden saknas i den elektroniska utgåvan av upphovsrättsliga skäl
22
5.3. Del 2.: Visualiseringens inverkan på inlärningsprocessen.
I denna studie ville jag se om, och i vilken utsträckning, datorgenererad
multimediaframställning kan förbättra elevernas förståelse av valda delar av kemin, vilket
kan mätas med ett prov.
5.3.1. Metod, del 2.
Ur årskurs 2 arbetade jag framförallt med två grupper elever eftersom det var ont om
laborationsutrymme vilket tvingade fram denna uppdelning (två gruppen om 8 elever i
varje). Dessa grupper laborerade därför vid olika tidpunkter och endast varannan vecka.
För att testa om simulering av en kemisk process underlättar för elever att förstå den
bakomliggande kemiska principen var min idé att när den ena gruppen hade
laborationstillfälle så fick den andra gruppen arbeta med simuleringsövning av samma
process. Eftersom vi skulle arbeta med metallernas spänningsserie och med begreppen
oxidation/reduktion så valde jag ut en simuleringsövning som jag hittade på Thomas J.
Greenbowes hemsida (Iowa State University) som handlade om just detta.
För att se om simuleringen bidragit till en mätbar kunskapsökning testades deras
kunskaper i ämnet i ett prov. Provet gjordes när ämnet var färdigbehandlat (laborationer,
övningar och teori hade genomgåtts av alla elever).
Eftersom jag inte kunde närvara vid simuleringsövningen (då jag laborerade med den
andra gruppen) lämnade jag utförliga instruktioner till eleverna i form av en sida med
hyperlänkar/Internetadresser till de sidor de skulle besöka (se bilaga 2). Sedan
överlämnade jag åt eleverna att göra simuleringen och analysera animeringarna och sedan
rapportera resultaten till mig.
Simuleringen illustrerar elektrokemisk oxidation och reduktion av metaller. Här kunde
eleverna själva välja metallelektrod och elektrolyt som elektroden doppades i. Sedan
förbands elektroderna via en voltmeter och elektrolyten via en saltbrygga och simulatorn
visade hur elektroner gick från den ena metallen till den andra, samtidigt som potentialen
bestämdes (figur 3).
23
Vidare fick dessa elever titta på animeringar av elektrodprocesser från samma källa. Här
fick de bl.a. se att när en koppar jon träffar en zinkelektrod går elektroner från
zinkatomen till kopparjonen varvid kopparjonen bildar metallisk koppar och den får
samtidigt större atomradie. Zinkmetallen bildar sedan motsvarande jon och blir
motsvarande mindre i storlek (figur 4).
Efter avslutat uppdrag fick de sedan lämna in sina resultat av simuleringen. Övningen
handlade framförallt om att välja metall och elektrolyt och sedan notera
24
potentialskillnaden mellan elektroderna. Dessa potentialer skulle sedan förklaras utifrån
den elektrokemiska spänningsserien i läroboken och de skulle slutligen ge kommentarer
om denna undervisningsform.
5.2.1. Resultatet av simuleringsövningen.
Eftersom jag inte kunde vara närvarande vid simuleringen blev jag mycket överraskad
över det stora positiva mottagande övningen gav. Jag fick tillbaka nio rapporter vid nästa
träff (en vecka senare) som alla var positiva till denna undervisningsform. Eleverna
frågade till och med om jag inte ville ha tillbaka rapporten från simuleringen innan jag
nämnde den på tal. Kommentarerna var bl.a. att det var ”alltid enklare”, ”mycket
enklare”, ”lättförståligt”, ”lättare”, ”mycket lättare” att förstå vad som händer när man ser
”vad som händer i bild med beskrivning till”, ”bild i rörelse”, ”en bild”, ”både bild och
text”. Vissa hade dessutom skrivit reaktionsformler för de elektrokemiska reaktioner som
förekom i simuleringen i kommentardelen. Detta tolkades som positivt eftersom det
visade ambitionen att förklara animeringen i form av rektionsformler. Ingen gav någon
negativ feedback och det verkade som om alla förstod vad som skulle göras. Alla
rapporterna visade mycket god förståelse av den elektrokemiska spänningsserien och
elektrodprocesserna.
Frågan var nu bara om denna simulering har gett gruppen ett försprång framför den grupp
som inte gjorde simuleringen. Detta försprång kan vara kunskap, erfarenhet,
sammanhang, struktur, motivation eller annat som har tillfogats gruppen som kan mätas
kunskapsmässigt. För att ta reda på detta gick jag igenom teorin kring oxidation reduktion
med båda grupperna närvarande. Eftersom jag kom i tidsnöd av andra anledningar och av
praktiska skäl, involverande juluppehåll, fick de prov på oxidation/reduktion först två
månader senare.
25
5.2.2. Analys av provresultatet.
Eftersom provet kom så pass långt efter laborationsövningen så misstänkte jag att den
direkta information som presenterades vid simuleringen hade försvunnit i glömska men
för att testa denna tes gav jag en fråga (fråga 3, bilaga 1) som bara de elever som gjorde
simuleringen kunde möjligtvis svara på (om inte de var extra begåvade inom kemi). Mina
misstankar visade sin vara sanna för ingen kunde svara korrekt på frågan. Efter denna
besvikelse gick jag till vidare analys av svaren vilket presenteras i tabell 2 nedan.
Det visar sig att överlag så verkar det vara så att de elever som gjort simuleringen lyckas
också bättre på provet. Men jämför man med elevernas övriga omdömen i kemi så blir
jag genast osäker för det visar sig att gruppen som gjorde simuleringen är också aningen
starkare för övrigt, om man ser till deras andra omdömen i kemi A. Dessa ”övriga
omdömen” är grundade på en tidigare betygsgrundande uppgift i kemisk bindning. Dessa
svar är därför svårtolkade men i ljuset av vad eleverna sagt om simuleringen uppfattar jag
det som att simuleringen har underlättat för eleverna att hantera sina kunskaper inom
oxidation/reduktion. Detta har i sin tur resulterat i att gruppen klarat sig utan att behöva
komplettera.
6. Diskussion & slutsatser.
I denna studie har jag försökt nysta i fördelarna med att använda sig av datorgrafik i form
av olika visualiseringstekniker som ett stöd för att göra större kunskapsmässiga framsteg i
naturvetenskapliga ämnen och då framförallt inom kemin. I litteraturen kan man se att
svårigheterna framförallt är dessa att vid lösning av uppgifter så tenderar elever att hålla
sig till algoritmer snarare än att lösa uppgifter utifrån förståelse av kemin. Många gånger
Tabell 2. Resultatet av provet i red./ox. Jämförda med övriga omdömen i kemi A. Komplettering innebär
ett IG men jag ser till att de som inte nått målen kompletterar till minst ett G.
De som gjorde den virtuella simuleringen De som inte gjorde den virtuella simuleringen
Prov i ox/red Övriga omdömen Prov i ox/red Övriga omdömen
1 MVG 5 MVG 1 MVG 3 MVG
6 VG 8 VG 3 VG 8 VG
1 G 2 G 2 G 4 G
0 komplettering 0 kompletteringar 2 kompletteringar 0 kompletteringar
26
är det också så att även om elever flitigt använder sig av kemiska symboler och
beteckningar så förstår de sig inte på de bakomliggande mekanismerna. I syfte att
utforska möjligheterna med att ge eleverna fördjupade kunskaper om de bakomliggande
koncept och begrepp som döljer sig bakom olika kemiska representationer har man tagit
fram visualiseringsprogram som ett led i att åtgärda problemet. Syftet är att eleverna ska
få en djupare förståelse för kemin och dess processer genom datorvisualisering av
processer som tidigare inte har varit möjligt. I flera av dessa studier har det rapporteras att
visualiseringsprogram hjälper elever genom att de får möjligheter att bl.a. testa hypoteser,
strukturera sina kunskaper och får hjälp att skapa minnesbilder. Andra fördelar är att
eleverna kan utföra komplicerade experiment utan den merkostnad detta kan innebära om
man gör experimentet på riktigt. Dessutom kan eleverna utföra annars farliga experiment
utan fara för liv och hälsa. Andra fördelar som har nämnts är att man kan utföra en stor
mängd olika försök på kort tid eftersom man varken behöver blanda kemikalier, sätta upp
utrustning eller städa efteråt. Naturligtvis måste eleverna kunna utföra verkliga
experiment men datorsimulerade experiment kan också där ses som ett komplement.
T.ex. kan lärare först låta eleverna utföra ett experiment virtuellt innan de gör det på
riktigt.
De största framstegen man har gjort, enligt min uppfattning, är att genom att simultant
visa olika representationer av samma fenomen får eleverna större förmåga att förstå
kemin bakom dessa. De försök som gjorts i denna studie visar också att elever som gjort
en simulering och tagit del av animeringen i red/ox kemi presterade bättre på prov än de
som inte fick göra detta, vilket stödjer tidigare publicerade resultat. Men det som jag ändå
tycker är viktigast är att eleverna samstämmigt tyckte att animeringar och visualiseringar
gjorde att ganska komplicerad kemi blev lättare att förstå. Min uppfattning är att orsaken
till detta vara att eleverna lättare kunde begripa sig på komplicerade sammanhang genom
visualisering. Dessutom verkade hela övningen vara stimulerande och väcka intresse hos
eleverna för vad som annars verkar vara ett jobbigt ämne.
27
Som tidigare nämnts är svårigheterna med kemin framförallt knutna till
begreppsförvirring, i det att elever har svårt att växla mellan makro och mikro och att de
dessutom är hårt knutna till vardagsföreställningar. Men jag vill här också passa på att
belysa att det kan det finnas andra aspekter på naturvetenskap och lärande som är nog så
besvärliga för eleverna. Min uppfattning är nämligen att eleverna verkar tro att när de
behärskar begreppen så behärskar de processen. Så är det däremot inte eftersom så
mycket av den så kallade kunskap som vi förmedlar är en beskrivning av fenomen
snarare än att förklara varför fenomenet uppstår (vilket är en betydligt svårare fråga).
Som ett exempel beskrivs gravitationen av kraft mellan massor, men hur och varför
denna kraft uppstår är fortfarande en gåta. Inom kemin så beskriver vi hur ljus uppstår när
exciterade elektroner faller från en högre energinivå till en lägre genom att utsända en
foton som har en partikel med vågkaraktär. Men vad en foton är och hur den bildats
förutsätts många gånger som en självklarhet vilket det inte är. Jag tycker mig därför
förstå elevernas frustration inför begreppen och kanske att vi lärare har anammat en
världsbild som är en beskrivning av naturvetenskapliga processer utan att vi behärskat en
faktisk förråelse för varför och hur frågan? Kanske vi borde berätta för våra elever att vi
lever i en värld som vi kan beskriva men i grunden inte förklara? Jag anser det vara vår
skyldighet. Om vi inte gör det och eleverna faktiskt tror att vetenskapen har denna
förståelse av naturvetenskapliga fenomen så vilseleder vi eleverna och ställer dem utanför
den demokratiska processen i det att vi överlämnar beslut åt vetenskapen som ändå inte
själv vet vad som är bäst. Här anser jag att eleverna måste inse att vetenskapen är ett
redskap för att modellera teorier som är ett led i att försöka beskriva vår värld. Den
bakomliggande frågan, om vad det egentligen är för en värld vi lever i, kan vi i
ärlighetens namn inte säga något om.
28
Referenser:
Andersson, B., (2001). Elevers tänkande och skolans naturvetenskap, Skolverket.
Ardac, D., Acaygun, S., (2004). Effectiveness of a multimedia based instructions that
emphasizes on student’s understanding of chemical change. Journal of research in science
teaching. 41,4 p. 317-337.
Boström, L. (1998). Från undervisning till lärande. Falun: Brain Books AB.
Dannefjord, P. (1999). Metod och problem – en inledning till sociologisk analys.
Institutionen för samhällsvetenskap, Växjö Universitet.
Dunn K., Dunn, R. Treffinger, (1992). Alla barn är begåvade på sitt sätt, Malmö.
Dori, Y., Hameiri, M., (2003). Multidimensional analysis system for quantitative
chemistry problems: Symbol, macro, micro and process aspects. . Journal of research in
science teaching. 40,3 p. 278-203.
IT- och internet i undervisningen, (2003). KK-stiftelsen.
Gustafsson J., Fowelin, P., Krtez, A. (2005). Läroverktyg: Om erfarenheter och forskning
kring digitala läromedel och datorstöt lärande. KK-stiftelsen.
Jones L., (1999). UniServe Science News, vol. 14.
Kozma R., Russell J., (1997). Multimedia and understanding: Expert and novice response
to different representation of chemical phenomena. Journal of research in science
teaching.
Liedeman S.-E.(2004). Ett oändligt äventyr, Albert Bonniers Förlag.
Larsson M., (2002). Lärktaft: Om forskning kring datorstött lärande, KK - Stiftelsen
Skriftserie.
Lärktaft (2002). Om forskning kring datorstött lärande, KK - Stiftelsen Skriftserie.
NE (2006). National Encyklopedin 2006, www.ne.se.
Nick, S., Andersen, J., Lübker, B., Thumm, L., (2003). Chemnet, Structure design and
evaluation of an on-line chemistry course. Journal of science education and technology,
12,3, p 333-341.
Tlaczala W., Ulaczyk J., Zagórski A., och Zeremba M., (2005). A virtual experiment for
e-learning and teaching nuclear techniques. Recent Research Development in Learning
Technologies.
Lpf94. 1994 års läroplan för de frivilliga skolformerna, Utbildningsdepartementet.
29
Sterner och Lundberg, (2002). Läs och skrivsvårigheter och lärande i matematik- en
kunskapsöversikt, NCM rapport 2:2002.
Stieff, M., Wilensky U., ( 2002). ChemLogo: An emergent modeling environment
for teaching and learning chemistry, Proceedings of the fifth biannual International
Conference of the Learning Sciences.
Wu Hsin-Kai, Klaus W., (1999). Illustrerad vetenskap nr 4.
30
BILAGA 1. NAMN:_______________________________.
1. I vilken eller vilka av följande föreningar har kväve lägst oxidationstal? a. ON 2 b. 3NF c. 3NHO
d. +4NH
e. −2NO
2. Ballansera följande reaktionsformler utifrån oxidationstillståndet för de olika
ingående komponenterna. a. AgCuAgCu ____________ 2 +→+ ++ b. 2
2 ____________ HZnHZn +→+ ++ c. MgOOMg _________ 2 →+ 3. Du stoppar en kopparstav i en silvernitrat lösning. Vilket av följand påståenden är
korrekta. a. Silverjonen reduceras på ytan av kopparstaven och minskar sin radie avsevärt. b. Silverjonen reduceras på ytan av kopparstaven och kopparjon bildas med en stor
radie jämfört med en kopparatom. c. Kopparjoner blidast vid ytan som reagerar med silver joner. d. Det händer ingenting eftersom koppar är ädlare än silver. 4. Ringa in den reaktion som inte är spontan. a. −+ +→+ ClCuClCu 22
2 b. 2
2 242 HFeHFe +→+ ++ c. 2
22 HHgHHg +→+ ++ d. CuAlCuAl 3232 32 +→+ ++ 5. Vilka följande ämnen har större reducerande förmåga (kraftigare
reduktionsmedel) än bly (Pb)? a. H b. Sn c. Hg d. Na e. Cu
31
6. För att driva en icke spontan reaktion kan man vid red/ox reaktioner ta till
elektrolys. Detta kan man göra t.ex. vid elektrolys av saltsyra (HCl). Beskriv med bild och ord hur man går till väga och vad som händer vid anoden och katoden samt totalrektionen vid denna elektrolys.
7. Vilken reaktion sker mellan fluor (F) och natrium (Na)? Rita en ballanserad
reaktionsformel.
8. Nämn några exempel på oxidationsmedel.
Svara här på fråga 6.
32
BILAGA 2
Instruktionen för de elever som gjorde simuleringen.
33
Institutionen för teknik och design 351 95 Växjö
tel 0470-70 80 00, fax 0470-76 85 40 www.vxu.se/td